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第一章 石油地质基础

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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地质 /油藏工程 /稠油开采刘洪(博士)电话: 89092875( h)13637893856油地质基础•油藏工程基础•稠油与高凝油开采方法第一章 石油地质基础 第一节 石油和天然气的化学性质 第二节 石油、天然气的生成和运移 第三节 储油层的类型 第四节 地质构造 第五节 沉积岩与沉积相第一节 石油和天然气的化学性质一、石油的化学性质石油 —— 由各种碳氢化合物混合而成的一种油状液体。天然石油 :是从油、气田中开采出来的人造石油 :人造石油是从煤或油页岩等干馏出来的。石油主要由碳、氢元素组成,碳占 83%~87%,氢占 10 %~14%,还有氧、氮和硫,但含量都不超过 1%,个别油田含硫量可达 3%~4%。石油一般呈棕黑色、深褐色、黑绿色等,也有无色透明的。石油有特殊气味,含硫化氢是有臭味,含芳香烃而有香味。含蜡量: 原油中含蜡的百分数。蜡为碳 15~42的碳氢化合物称。胶质 —— 是原油中分子量较大的烃类,并含有氧、氮、硫等杂质。它的溶解性较差,只能溶解于石油醚、苯、氯仿、乙醚和四氯化碳等有机溶剂中,能被硅胶吸附。石油蒸发或氧化后,胶质成分增加。密度较小的石油一般含胶质 4%~5%,。而较重的石油胶质含量可达 20%或更多。胶质含量 —— 原油中所含胶质的百分数。原油中的沥青质为暗褐色至黑色的脆性物质,含有碳、氢、氮、硫等元素的高分子多环有机化合物,其分子量比胶质大许多倍,不溶于石油醚或酒精,可溶于苯三氯甲烷及二硫化碳,也可被硅胶吸附。沥青质含量 —— 原油中所含沥青质的百分数。如南堡油田含蜡量:南区: 4% 北区: 质含量:南区: 北区: ( 7井 )二、天然气的化学性质天然气的主要成分: 、 干气湿气表 1 南堡平台天然气组分数据表摩尔分数%1井区 (7井 ) 2井区 (8 0 0 0 0 0第二节 石油、天然气的生成和运移一、石油、天然气的生成 无机成因派认为 :石油和天然气是来自地球内部无机物质,或者是来自宇宙中的碳和氢元素,经过复杂的化学变化,形成了烃,这种烃在地球形成初期就已存在地球内部,后来沿地壳的裂缝向上运移,在运移过程中聚合成高分子的烃类,并在多孔的岩层中聚集形成油气藏。 有机生成派认为: 石油和天然气是 有机物质 在适当的 地质条件环境 下,经过 生物化学和物理化学作用 生成的。石油和天然气是有机物质在适当的地质条件环境下,经过生物化学和物理化学作用生成的。 有机物质是生成油、气的物质基础,没有有机物质就没有油、气的生成过程。的物质基础( 1)有机物质的来源有机物质就是指生活在地球上的生物的遗体 。 生物学和地史学告诉我们地球上生物的发展历史悠久 , 早在 5~6亿年前就有生物出现 , 而且分布繁殖广泛 , 地球上的各个角落 , 如水中 、 空气中 、 陆地上或土壤里都有大量生物在生活 。 很多生物繁殖速度非常惊人 , 如一个在显微镜下才能见到的细菌 , 在适宜的条件下 , 24小时内就可以繁殖到 10的 36次方个后代 , 总重量等于 1017吨 。沉积岩中含有大量的古生物,它们就是生成石油和天然气的物质基础。( 2)有机物中哪些可以转变为石油和天然气有机物的成分相当复杂主要包含有脂肪 、 蛋白质 、 碳水化合物 、 木质 、 树脂 、 蜡等 。 一般认为 , 除 树脂和木质外 , 其他的成分都可以转变成油 、 气 。然气转化的条件( 1)环境条件要使大量的有机质堆积和保存下来,需要生物的大量繁殖和周围缺氧还原的环境。只有长期稳定下降地区,且 沉积速度与下降速度相适应 ,才具有沉积厚度大,有机质丰富,并向石油转化的有利条件。( 2)物理化学条件如:细菌作用、温度作用、压力的作用、催化剂作用等。壳不断下降,上覆沉积物不断加厚 的地质背景下发生的。整个转化过程大致可分为3个阶段,即: 初期生气阶段 —— 生物化学生气阶段; 主要生油生气阶段 —— 热催化生油生气阶段; 热裂解生气阶段 ——热裂解生成凝析气阶段。 4、生油岩 —— 地壳中具备有生油条件的地层。 生油岩的主要 岩性 是泥岩、页岩、泥灰岩、灰岩、白云岩和 生物灰岩 等。二、 石油、天然气的运移 油气的运移 —— 油气在地壳中的移动。 运移过程分为:初次运移和二次运移。 初次运移 :指生油层中生成的油气向 附近储集层 中的运移。 动力 :上覆岩层的压实力。 二次运移 :是指生油层中生成的油气进入储层后的一切运移。它包括了油气在储层内部的运移,也包括了沿着断层通道从一个储层进入到另一个储层的运移。 动力 :水动力、浮力、构造运动力等。气运移。第三节 储油层的类型具备能使石油和天然气在孔隙中流动、聚集和储存的岩石叫储集层。储集油的岩层叫油层,储集气的岩层叫气层。一、储油层的类型按岩石类型把储集层分为:碎屑岩类、碳酸盐岩类和其他。碎屑岩类: 包括砾岩、砂砾岩和各种粒级的砂岩。碳酸盐岩类: 包括石灰岩、白云岩、白云质灰岩、生物灰岩、鲕状灰岩等其他岩类储集层包括岩浆岩、变质岩和泥质沉积岩等致密岩石,它们的次生孔隙或裂缝可成为储集空间。二、油气藏油气藏:地下岩层中能够聚集并储藏石油或天然气的场所形成油气藏必须具备生、储、盖、运、圈等条件。是紧邻储集层的不渗透岩层,起阻止油气向上逸散的作用。通常泥质岩类、致密的石灰岩、石膏等 不渗透岩层都可作为良好的盖层。能阻挡油气继续运移,并能使油气聚集起来形成油气藏的地质场所称为圈闭。圈闭是由 储集层、盖层、遮挡物三部分组成,三者缺一不可。根据圈闭的成因,可把油气藏分为构造油气藏,地层油气藏和岩性油气藏等三种类型。田 是指受局部构造(或岩性、地层)单位所控制的同一面积范围内的油、气藏的总和。油藏中的石油和天然气是按密度分布的,天然气最轻,充满油层的最顶部 ,故称为气顶。由于各油藏的油层压力和油、气的组分不同,有的油藏有气顶,而有的油藏没有气顶。没有气顶的油藏,是因为 油层压力大于饱和压力 ,气体全部溶解于石油之中的原因。水边界、含气边界和油水过度带油、气、水在储油构造中,顶部是天然气,中间是石油,下面是水。在气与油接触处和油与水的接触处,分别叫做油气界面和油水界面。如 图 1水和夹水层在油藏最低处四周衬托着油藏的水叫边水,在油藏下面托着油藏底部的水叫底水。夹层水又叫层间水,是在油层和油层之间的纯水层。含油边界又叫含油外缘或外含油边界,是油水界面与油层顶面的交线,在这 边界以外 就不是含油区了。含水边界又叫含水内缘或内含油边界,是油水界面与油层底面的交线,在这个边界 以内就没有水 。含气边界是油气界面与油层顶面的交线,在这个边界以外就没有游离的天然气。内含油边界与外含油边界之间的地段叫油水过度带。如图 1四节 地质构造地质构造 :地质体(如沉积岩体、侵入岩体或矿体)本身所具有的形态特征。由于地壳运动所引起的岩层变形和变位均称为 构造变动 。由重力、流水和冰川等外力所引起的岩层变化和变位均称为 非构造变动 。构造变动按其变动形式可分为两类: 褶皱和断裂变动,又称褶皱构造和断裂 构造。这二者之间有着密切的联系,往往是同时存在和相伴而生的。一、遭受显著的地壳运动影响,或者虽在长期的地质历史时间内,经过或多次地壳构造运动,但仍然保持着原来的产状。 一般认为 倾斜度不超过 5° 的岩层叫水平岩层。岩层在地表有部分叫露头,天然出露的露头叫天然露头,经人工或机械挖掘出来的岩层叫人工露头。于地壳运动的影响,使岩层发生倾斜,岩层的层面和水平面就有一定的交角。一套岩层的倾斜方向和倾斜交角角度如果都基本一致,这样的岩称为单斜岩层(如图 2示岩层产状的几何要素。称为岩层的产状要素,包括: 走向、倾向和倾角 。如图 2指其顶面与底面之间的最短距离 。顶面和底面之间的铅垂距离叫铅垂厚度。 水平岩层的厚度与其铅垂厚度是相等的 , 倾斜岩层厚度永远小于其铅垂厚度 。二、褶皱构造水平岩层在地壳运动过程中构造应力的作用下,形成波状弯曲但未丧失其连续完整性,这样的构造称为褶皱构造。褶皱构造在地壳上是最常见的一种地质构造形态,其基本单位是褶曲。褶曲是褶皱构造中的一个弯曲,两个或两个以上的褶曲组成褶皱。者相互依存,有时共存于一个体系之中。( 1)背斜褶曲岩层向上拱起, 核部是较老的地层,两翼由较新的地层组成 ,同时两翼新岩层 对称重复 出现在较老的岩层两侧,两翼地层产状相背倾斜。( 2)向斜褶曲岩层向下弯曲,核部是较新的地层,两翼是较老的地层组成,同时两翼较老的地层 对称重复 出现在较新的地层两侧,两翼地层产状相向倾斜。三 、 断裂构造当岩层所受的力超过了岩石的强度 , 岩石的连续性和完整性遭受破坏而断开或错动的现象叫断裂 。 岩石发生断裂后形成的地质构造叫断裂构造 。根据沿断裂面两侧岩体有无明显位移 , 将断裂构造分为裂缝和断层 。 将断裂构造分为裂缝和断层 。裂缝在地壳中分布相当普遍 , 除了疏松 、 塑性的岩石以外 , 无论出露在地表或埋藏在地下的新老岩石都有裂缝存在 。裂缝的分类方法 很多 , 主要分类如下 。按裂缝的成因分 , 有构造裂缝和非构造裂缝 。按裂缝的力学性质分 , 有张裂缝和剪裂缝 。按裂缝产状与岩层产状的关系分 , 有走向裂缝 、 倾向裂缝和斜交裂缝 。 断层的规模有大有小 , 小的只断开几米 , 大断层长度可达千公里 。( 1) 断层要素构成断层构造的各个部分及表明断层空间位置要素叫断层要素 。( 见图 2)断层面被断开的两部分岩体发生相对位移的破裂面叫断层面。断层面可能是平面,也可能是曲面;可以是直立的,也可以是倾斜的;可能是一个简单的面,也可能是一个错综复杂的破碎带。2)断层线在地面上断层面与地面的交线叫断层线。可能是直线,也可能是曲线,主要取决于断层面的产状和地面的起伏。地下断层的断层线是断面与水平面的交线。油田构造图上的断层线是断层面与油层层面的交线。3) 断盘断层面两侧相对位移的岩体叫断盘。若断层是倾斜的,断层面以上的岩体叫上盘,断层面以下的岩体叫下盘。从运动角度讲,沿断层面相对上升的岩体叫上升盘,沿断层面相对 下降的岩体叫下降盘。4) 断距断层两盘相对移动的距离叫断距 。( 2)断层的分类根据断层两盘相对位移的形态,可将断层分为正断层、逆断层和平移断层三种类型。1)正断层上盘相对下降,下盘相对上升的断层叫正断层(见图 2) 逆断层上盘相对上升,下盘相对下降的断层叫逆断层(见图 2) 平移断层两盘沿水平或近于水平方向的断层叫平移断层(见图 2 、 构造单元油气藏不是孤立存在的 , 它们往往是 成群 、 成组或成带 地组合在一起 , 构成较大一级的油气聚集单元 ( 即油气聚集带 ) 。 油气田又可共生组成更大一级的油气聚集单元 。 油气聚集带又有规律地分布在含油气区或含油气盆地内 。 并分为在一定的地区之内 , 通常把这些地区叫含油气盆地 。 为此可把 含油气盆地 理解为:在一定的地质历史时期内 , 受同一构造格局控制的 , 具有共同发展历史的统一沉降区 。 是建立在地质 、 物探和钻井资料综合分析的基础上 , 充分考虑盆地内不同地区 、 不同时代地壳运动的基本特点进行的 。 根据其内部基底于盖层的各种特征 , 可分为若干个 一级 构造单元 ( 隆起和坳陷 ) 在坳陷内部又可再分出若干 个亚一级 构造单元( 凸起和凹陷 ) 。 在凹陷内还可以进一步分出 二级 构造单元 ( 二级构造带和洼陷 ) , 在二级构造单元的基础上再分为 三级 构造单元 。表 2盆地的构造单元划分基本构造单元一级构造单元二级构造单元 三级构造单元盆地隆起坳陷斜坡二级构造带长垣背斜带短裂带断裂背斜带断鼻带断阶带单斜带挠曲带尖灭带洼陷穹隆短轴背斜长轴背斜鼻状构造断块区向斜亚一级构造单元凸起凹陷含油气盆地含油区 油气聚集带 )一级构造单元在含油气盆地内 , 一般都存在着若干个区域性的隆起 、 坳陷和斜坡 。 它们是含油气盆地中的一级构造单元 。(2)亚一级级构造单元凹陷和凸起是在坳陷内划分出来的次一级构造单元 。(3)二级构造单元洼陷和二级构造带是同时在凹陷的基础上发展起来的次一级构造单元 , 是相对于二级构造带长期下沉的负向构造单元 , 并为二级构造带所分割 。 其中心长期下沉接受沉积 , 地层发育完整 , 往往构成生油中心 。(4)三级构造单元三级构造单元是指局部构造 , 是在二级构造带的基础上发展起来的 。 一个二级构造带往往有多个三级构造 。(5)含油区含油区是含油盆地的一级构造单元 , 它往往是依据各级构造单元而划分的不同级含又区 。 由于盆地的大小和结构构造特征不同 , 在一些结构特征明显和较大的盆地内的含油气区又可划分出亚一级构造单元既凸起和凹陷 。(6)油气聚集带油气聚集带或二级构造是指位于区域的构造部位 , 具有相似的地层岩系和生 、 储 、 盖组合条件 , 其中包含若干个成因相同的局部构造 。或者说由不同成因的局部构造和不同类型的圈闭组成的复合体 , 形成了若干个相似的油气藏 , 组成了复合油气聚集带 。皱构造 、 岩层厚度 、 裂缝 、 个有什么特征 ? 各有什么特征 ?第五节 沉积岩与沉积相一 . 沉积岩沉积岩是由各种地质作用所形成的沉积物组成的岩石 。沉积岩分部面积广 , 约占地球表面的 75%。 其中蕴藏着丰富的矿产 。 石油和天然气形成于沉积岩 , 并绝大部分储存于沉积岩中 。 结晶程度 、 形状及颗粒的结合方式 , 称为 沉积岩的结构 。 常见的结构有以下四种 。(1)碎屑结构(2)粘土结构粘土结构又称泥质结构 , 是由颗粒直径小于 (3)化学结构化学结构是由 溶解物质沉积成岩 而形成的一种结构 ,由组成岩石的化学成分在适当的条件下经 凝聚 、 结晶 而成 。(4)生物结构生物结构是 含有生物化石 的一种岩石结构 , 常见于石灰岩 。 即 各个组成部分在空间的分布和排列方式 , 称为沉积岩的构造 。 其中最重要的构造是层理 , 其次是层面结构和岩石内部构造 。(1)沉积岩的层理层理是岩石性质沿垂向变化而显示出来的层状构造 。 它通过岩石的成分 、 结构 、 颜色的渐变或突变显现出来 。1)层 。岩层是由 成分基本一致 的岩石所组成 , 是在较大区域内沉积环境基本一致的条件下形成的地质体 。 它是组成沉积地层的基本单位 , 被上 、 下层面所限制 , 可以由若干个细层或层系组成 。 层面是层与层之间的界面 。2)细层 。细层是在较短的时间内同一沉积条件下形成的地质体 。是两个层理时间的最小单位 。3)层系 。层系是由许多成分 、 结构 、 厚度和产状相似的同类细层组合而成 , 是在相同的沉积条件下形成的 。(2)层理类型根据细层和层系界面的相对关系 , 将层理分为水平层理 、波状层理和斜层理三种类型 。1)水平层理 。水平层理的细层界面呈平行直线状 , 并平行于总界面 。这种层理是比较 稳定的沉积环境 下形成的 。2)波状层理波状层理的细层呈波状 , 层面也呈波状起伏并平行于总的界面 。 波状层理形成于 波浪往返运动的浅水区 , 是在水的缓慢振荡下形成 。3)斜层理 。斜层理内的 层系与总的层面方向斜交 。 细层的倾斜方向代表了搬运介质 ( 水 、 风等 ) 的流动方向 。积作用的方式和沉积的环境等,可将沉积岩分为碎屑岩、粘土岩和碳酸岩三大类。(1)碎屑岩碎屑岩是由碎屑物质经 压实、胶结 而成的。它由碎屑颗粒和胶结物质两部分组成,其中碎屑含量大于50%。碎屑岩是重要的储油岩。1)碎屑成分2)胶结物胶结物 在碎屑岩中起胶结作用,是将疏松的沉积物胶结在一起,再经压紧固结而成的岩。常见的胶结物有:铁质、硅质、钙质、粘土质等。一般是多种胶结物同时存在。3)胶结方式接触胶结 、 空隙胶结和基底胶结 。4)碎屑岩的主要类型 。砾岩 、 砂岩 、 粉砂岩是三种重要主要的碎屑岩 。砂岩在碎屑岩中分布最广泛 , 是主要的储油岩石 。我国油田大都是砂岩储油 , 世界上有 50﹪ 的油田属砂岩储油 。根据砂岩中石英 、 长石 、 岩屑的百分含量 , 可分为石英砂岩 、 长石砂岩和岩屑砂岩三种类型 。粗粉砂岩是良好的储油岩石 , 细砂砂岩如含有机质 , 可成为生油岩 。(2)粘土岩粘土岩是由粘土矿物和粒径小于 0﹒ 01毫米的岩石碎屑组成的沉积岩 , 粘土矿物含量大于 50﹪ 。 粘土岩分布范围广泛 , 均占沉积岩含量的 46﹪ 。粘土岩颗粒太细 , 渗透性差 , 储油性差 , 但是重要的生油岩石 。 我国各油田的生油岩石绝大部分是粘土岩 。粘土岩较实用的分类方法是构造分类:层理厚度很大的粘土岩叫 泥岩 ;具有薄层理或微细层理且能分为一片一片的粘土层叫 页岩 。(3)碳酸盐层由方解石和白云石等碳酸盐矿物组成的沉积岩称为碳酸盐层 。 目前世界上碳酸盐岩类油田储量约占世界石油总储量的 57﹪ 。 我国碳酸盐岩分布广泛 , 西南 、华北等地区的碳酸盐岩地层十分发育 , 面积广 、 层位多 。二 、 沉积相沉积相 :在一定的沉积环境中形成的岩石组合 。不同的沉积环境 , 在沉积环境中起决定作用的是自然地理条件 , 依据自然地理条件的不同 , 有不同的沉积相 。积岩 、 碎屑岩 、 粘土岩 、 碳酸盐岩 。 主要有哪几种 ? 各是如何定义的 ? 层理有哪几种类型 ?南堡油田的油藏基本参数( 1) 平均原油密度南区: 2) 含硫量南区: 北区: 3) 含蜡量南区: 4% 北区: 4) 胶质含量南区: 北区: ( 7井 )( 5) 原油地下粘度南区: 41s 13s s( 6) 气油比南区: 6m3/区 157) 天然气比重南区: 北区: 8)地层水矿化度南区: 7286 北区:借用南区数值( 9)地层温度和压力南区:零油组: , , 油组: , , a
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